DE1916647A1 - Stroemungsmesser fuer Fluessigkeiten und Gase - Google Patents

Description

• Strömungsmesser fttr Flttssigkeiten und Gase.
• Zusatz zu Patent 1 648 037.
• Der Hauptpatent betrifft einen Strömungsmesser für Flüssigkeiten und Gase, welcher in einem mit Einlaß und Auslaß versehenen Gehäuse einen im wesentlichen tangential angeströmten Ringkanal enthält, in dem sich ein dem Ringquerschnitt angepaßter, frei beweglicher Umlaufkdrper befindet.
• Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen des Strömungsmessers nach dem Rauptpstent. Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß keinesfalls die gesaate zu messende Strömung durch den Ringkanal geleitet werden muß und daß Messungen von Durchflußgeschwindigkeiten in einem Ringkanal immer dann möglich sind, wenn sich im Strömungspfad ein Wirbel oder eine Drehung ausbilden list.
• Ausgehend von vorstehender Erkenntnis wird das Neue und Erfinderische darin gesehen, daß das Strömung-nessergehäuee eine im wesentlichen zylindrische Wirbelkammer enthält, in welcher mindestens ein Teil des StrUmungemittels einen Ringxirbel erzeugt, und daß der im Umlauikörper enthaltende Ringkanal als dem Ringwirbel benachbarte offene Rinne ausgebildet ist. Der Ringwirbel kann dadurch erzeugt werden, daß man den Einlaß tangential in die Wirbelkammer des Gehäuses einmünden läßt. Ee ist aber auch möglich, das Gehäuse mit einem koaxialen Einlaß zu versehen, sofern man die Wirbelkammer schraubenförmig ausgestaltet, was vorzugsweise dadurch geschieht, daß man an den Wirbelkammerwänden schraubenförmig angestellte Rippen anbringt.
• Der den Umlaufkdrper enthaltende Ringkanal kann wahlweise in einer Stirnwand der Wirbelkammer neben dem Ringwirbel, dem äußeren Rand des Ringwirbels benachbsrt oder auch dem inneren Rand des Ringwirbels benachbart angeordnet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorzuziehen, als Umlaufkörper eine Kugel zu verwenden, die in einem Ringkanal von etwaquadratischem Querschnitt läuft.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere zur Strömungemessung an Gasen geeignet ist, wird der Ringkanal von zwei parallelen, gegenüberliegenden Stirnwänden der Wirbelkammer und zwei konzentrischen ringförmigen Stegen begranzt, von denen der äußere Steg über einen Ringspalt mit dem Ringwirbel und der innere Steg Uber einen Ringepalt mit dem Auslaß in Verbindung steht.
• Eine weitere Ausgestaltung eines Strömungsmessers nach dem Hauptpatent, deseen einen irei beweglichen Umlauf körper enthaltender Ringkanal unmittelbar an einen tangential gerichteten Einlaß und einen Auslaß angeschlossen ist, ist dadurch gekennzeiehnet, daß der Ringkanaleinlaß als radial nach außen versetzter Ventilsitz ausgebildet ist, welcher bei Strömungsumkehr den als Ventilkörper ausgebildeten Umlaufkörper auffängt und durch den letzteren versperrt wird. Hierdurch kann gegebenenfalls auf ein zusätzliches Rückschlagventil verzichtet werden.
• Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben eich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
• In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Strömungsmesser mit stirnseitig angeordnetem Ringkanal, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt zu Fig. 2, Pig. 3 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers für axialen Durchfluß, Fig.4 einen Schnitt zu Fig.3 gemäß der Schnittlinie IV-IV, Pig. 5 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers.
• Fig. 6 einen Horizontalschnitt zu Fig.5, Fig. 7 einen Axialechnitt durch eine noch weitere lud abgewandelte Ausführungsform eines erfindungegemäßen Strömungsmessers, Fig.8 einen Horizontalschnott zu Fig.7, Fig. 9 einen Axialschnitt durch ' einen Strömungsmesfler für wechselnde Durchflußrichtungen und Fig.10 einen Horizontalschnitt zu Fig.9.
• Bei dem Strömungsmesser gemäß Fig.1 und 2 besteht das Gehäuse 31 aue zwei parallelen Stirnwänden 32 , 33 und einer im wesentlichen zylindrischen Wand 34, die in einen im wesentlichen tangential gerichteten Einlaß 35 Ubergeht.
• Der Gehäuseanslaß 36 ist ein Rohrabschnitt, welcher die Stirnwand 33 koaxial durchquert. Zwischen den Wandunge teilen 32,33 und 34 liegt eine Wirbelkammer 40. Wenn am Einlaß 35 ein Strömungsmittel tangential in die Wirbelkammer 40 eingelassen wird, entsteht in der letzteren ein Ringwirbel, aus dessen Mitte das Strömungsmittel über den Auslaß 36 abgezogen wird.
• In der Stirnwand 32 des Gehäuses 31 ist ein Ringkanal 37 für eine Umlaufkugel 38 ausgebildet, die dann von dem in der Wirbelkammer 40 entstehenden Ringwirbel angetrieben wird und eine dem Durchfluß proportionale Umlaufgeschwindigkeit erhält, die dann mit den im Eauptpatent angegebenen Mitteln photoelektrisch oder elektromagnetisch ausgewertet werden kann. Bei photoelektrischer Auawertung werden die Stirnwände 32 und 33 aus transparentem Material hergestellt, damit der Strömungsmesser in einen Lichtpad eingeschaltet werden kann. Die Wandungsteile können wie in Fig.1 dargestellt miteinander verschraubt sein ;dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Gehäuseteil 34 mit dem Einlaß 35 aus Metall gefertigt werden soll, während die Stirnwände 32 und 33 aus transparentem Kunststoff bestehen.
• Die für die Umlaufkugel 38 vorgesehene Rinne 37 hat einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt. Um ein Herausfallen gugel 38 zu verhindern, können die der Wirbelkammer 40 benachbarten Randteile der Rinne 37 etwas zur Kanalmitte hin gesogen ein, wie es bei 39 dargestellt ist.
• Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und auch bei den nachfolgend anhand der Figuren 3 bis 8 zu beschreibenden Ausführungsformen wird nur ein Teil der insgesamt durchgeleiteten Strömung zum Antrieb des Umlaufkörpers 38 ausgenutzt, wodurch sich der Durohstr5 widerstand des strömungsmessers ganz erheblich vermindert.
• Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Strömungsmesser für axislen Durchfluß. Das Gehäuse 41 besteht aus einem vorderen Rohrabschnitt 42 mit schraubenförmig angestellten Rippen 43 und einem den Ringkanal 45 für eine Kugel 46 enthaltenden Ringkörper 44, an den sich das Auslaßrohr 49 anschließt. Der im Gehäuseteil 42 vorgesehene Einlaß 48, die freie Mittelöffnung des Gehäuseteiles 44 und der Auslaß 49 haben im wesentlichen den gleichen Querschnitt, 80 daß sich ein einfacher Einbau in eine durchgehende Rohrleitung durchfiihren läßt.
• Auch in diesem Fall wird wiederum gleich am Einlaß 48 des Strömungsmessers mit den schraubenförmig angestellten Rippen 43 ein Ringwirbel erzeugt, der sich schraubenförmig durch den Strömungsmesser hindurch bewegt.
• In Abhängigkeit von der radialen Höhe der Rippen 43 wird ein größerer oder ein kleinerer Teil des Strömungsquerschnittes gewirbelt. Da der Ringkanal 45 für die Kugel 46 außerhalb des J)urchströmquerschnittes angeordnet ist, genügt es im allgemeinen Rippen 43 mit kleiner radialer Höhe zu verwenden. Der in der Wirbelkammer 50 erfaßbare Ringwirbel treibt auch hier die Kugel 46 an, deren Umlaufgeschwindigkeit dann wiederum ein Maß für die Durchströmgeschwindigkeit ist. Ein Herausfallen der Kugel 46 kann auch hier dadurch verhindert werden, daß man am inneren Rand des Ringkanals 45 kleine ringförzlge Vorsprünge 47 anordnet.
• Die vorstehend beschriebene Ausftlhrungsform läßt sich auch zur Messung von Fahrtgeschwindigkeiten verwenden, indem man Einlaß und Auslaß auf die Fahrtrichtung ausrichtet und den Strömungsmesser dem das Fahrzeug umgebenden Medium aussetzt. Ebenfalls ist' es denkbar, den Durchfluß in einer offenen Rinne zu messen, wenn man einen Teil dieser ofienen Rinne am Boden teilzylindrisch ausbildet und mit schraubenförmig angestellten Rippen vereieht. Auf diese Weise entsteht auch am Grunde der offenen Rinne ein Ringwirbel, dem benachbart ein offener Umlaufkanal der zuvor beschriebenen Ausführungsformen angeordnet werden kann.
• Fig. 5 und 6 zeigen einen Strömungsmesser, der besonders für Gase geeignet ist und eine sehr hohe Lebensdauer hat. Auch hier besteht das Gehäuse 51 aus zwei lit Abstand parallel angeordneten Stirnwänden 52,53 und einer im wesentlichen zylindrischen Wand 54, in welche der Einlaß 55 tangential einmündet. Der Auslaß befindet sich in der Stirnwand 53, die von dem den Auslaß 56 bildenden Rohr durchsetzt wird. Das Rohr 56 ragt mit einem Rohrteil in das Innere des Gehäuses hinein und bildet dort einen inneren ringförmigen Steg 56', der gegenüber der Stirnwand 52 einen Ringspalt 56 " freiläßt. Radial außerhalb und konzentrisch dazu ist an der Stirnwand 52 ein zweiter äußerer ringförmiger Steg 59 angeordnet, der in geringem Abstand von der Sttrnwand 53 endet und einen Ringspalt 59' freiläßt. Auf diese Weise entsteht zwischen den ringförmigen Stegen 56' und 59' ein Ringkanal 57 für die Umlaufkugel 58, deren Durchmesser dem Querschnitt des Kanales 57 angepsßt ist. Außerhalb des ringförmigen Steges 59 entsteht gegenüber der Gehäusewand 54 ein Ringkanal 60, der über den Einlaß 55 gespeist wird und über den Ringspalt 59', den Ringkanal 57 und den Ringspalt 56" mit dem Auslaß 56 in Verbindung steht.
• Auch hier wird die Kugel 58 von einem Teil des durchetrömenden Mediums auf der Kreisbahn angetrieben, so daß in der im Hauptpatent beschriebenen Weiee eine Auswertung erfolgen kann.
• Bei der anhand der Fig. 7 und 8 beschriebenen Abwandlung des im Eauptpatent beschriebenen Strömungsmessers besteht das Gehäuse 61 aus einer im wesentlichen zylindriechen Seitenwand 54, die von der Oberseite mit einer Stirnwand 62 und von der Unterseite mit einer Stirnwand 63 einen Kanal 67 für eine Umlaufkugel 68 definiert. Zur besseren Führung der Kugel dient ein konsentrischer nach innen gerichteter Ansatz der Stirnwand 62 und der nach innen ragende Teil des Auslaßrohres 66. Das Strömungsmittel tritt am Einlaß 65 tangential ein und treibt die Kugel 68 auf einer Ringbahn im Ringkanal 67, um dann mittig über den Auslaß 66 abzuströmen. Bezüglich der Figur 8 erfolgt der Umlauf der Kugel 68 in Uhrzeigerrichtung. Soll aus irgendwelchen Gründen verhindert werden, daß sich die Strömung in der angeschlossenen Leitung reversiert, kann dieser Strömungsmesser auch als Rückschlagventil ausgebildet werden.
• Zu diesem Zweck ist im Einlaß 65 ein ringförmiger Ventilsitz 69 angeordnet, der auf Grund der tangentialen Anordnung des Einlasses bei rückläufiger Kugel 68 eine Fangtasche bildet, die die Kugel 68 in der bei 68' dargestellten Lage festhält. Die Kugel 68 kann dann als Ventilkörper den Ventilsitz 69 beauischlagen, so daß die angeschlossene Leitung für eine Rückströmung in Art einea Rückschlagventiles gesperrt ist.
• Bei der anhand der Fig.9 und 10 beschriebenen Abwandlung des im Hauptpatent beschriebenen Strömungsmessers besteht das Gehäuse 71 aus einer in wesentlichen zylindrischen Seitenwand 74, die von der Oberseite mit einer Stirnwand 72 und von der Unterseite mit einer Stirnwand 73, welche einen zentralen Kern 79 trägt, einen Kanal 77 für eine Umlaufkugel 78 definiert. Unterschiedlich ist bei dieser Ausführungsform, daß sowohl der Einlaß 75 wie auch der Auslaß 76 tangential an das Gehäuse 71 angesohlossen und aufeinander ausgerichtet sind. Wegen dieses symmetrischen Aufbaues ist der Strömungsmesser gemäß Fig.9 und 10 für wechselnde Strömungsrichtungen geeignet, wobei dann Einlaß und Auslaß ihre Punktionen wechseln, wie es mit den voll ausgezogenen und gestrichelten Pfeilen angedeutet ist.
• Es besteht auch hier die Möglichkeit, zwischen Einlaß-und Auslaßkanal anstelle der koaxialen Ausrichtung eine Ausführungsform zu wählen, bei der Einlaß und Auslaß zwar aufeinander ausgerichtet sind, aber einen von 180° abweichenden Winkel einschließen. Hierdurch läßt sich die Geschwindigkeit der Kugel beeinflussen.
• Die Vorteile eines Strömungsmessers geiu Pig.9 und 10 liegen in einem verminderten Druckabfall, kleinen Abmessungen für große Strömungsmengen, einer kleinen Einbaulänge, einer durch die geringe Umlaufzahl bedingten großen Lebensdauer und gegebenenfals der Möglichkeit eines koaxialen Einbaues.
• Zti erwähnen ist auch noch, daß man die Laufruhe der Kugel gegebenenfalls dadurch verbessern kann, daß die Kugel eine größere Dichte erhält als der zu fördernde Strömungsmittel

Claims (18)

Patentansprüche.

1. Strömungsmesser für Flüssigkeiten und Gase, welcher in einem mit Einlaß und Auslaß versehenen Gehäuse einen im wesentlichen tangential angestrbmten Rinne, kanal enthält, in dem sich ein dem Ringquerschnitt angepaßter, frei beweglicher Umlaufkörper befindet nach Patent 1 648 037 (Patentanmeldung P 16 48 037.8), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (31,41,51) eine im wesentlichen zylindrische Wirbelkammer (40, 50,60) enthält, in welcher mindestens ein Teil des Strömungsmittels einen Ringwirbel erzeugt, und daB der den Umlaufkörper (38,48,58) enthaltende Ringkanal als dem Ringwirbel benachbarte offene Rinne (37,47,57) ausgebildet ist.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (35,55) des Gehäuses (31,51) tangential in die Wirbelkammer (40,60) einmündet (Fig.1'2,5 u.6).

3. Strömungsmesser nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (48) des Gehäuses (41) koaxial in eine schraubenförmig ausgebildete Wirbelkammer (50) einmündet (Fig. 3 u.4).

4. Strömungemesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeicheet, daß die Wirbelkammer (42) schraubenförmig angestellte Rippen (43) trägt.

5. Strömungsmesser nact Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenezeichnet, daß der Gehäuseauslaß (36,49,56) koaxial zur Wirbelkammer (40,50,60) angeordnet ist.

6. Strömungsmesser nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekentzeichnet, daß Einlaß (48), Auslaß (49) und Wirbelkammer (50) im wesentlichen gleichgroße Querschnitte haben (Fig. 3).

7. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (37) in einer Stirnwand (32) der Wirbelkammer (40) neben dem Ringwirbel angeordnet ist (Fig. 1).

8. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (45) dem äußeren Rand des Ringwirbels benachbart ist (Fig. 3).

9. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (57) dem inneren Rand des Ringwirbels benachbart ist (Fig. 5).

10. Strbmungsmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (57) von zwei parallelen gegenUberliegenden Stirnwänden (52,53) der Wirbelkammer (60) und zwei konzentrischen ringförmigen Stegen (56,59) begrenzt wird, von denen der äußere Steg (59) über einen Ringapalt (59') mit dem Ringwirbel und der innere Steg (56') über einen Ringspalt (56'') mit dem Auslaß (56) in Verbindung steht.

11. Strömungsmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innere ringftsrmige Steg (56') ein in die Wirbelkammer (60) hineinragender Rohrteil des koaxialen Auslasses (56) ist.

12. Strömungsmesser nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Ringkanal (57) und Wirbelkammer (60) gleiche axiale Abmessungen haben.

13. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine offene Durchflußrinne ist, die einen mindestens teilweise zylindrischen Boden mit schraubenförmig angestellten Leitflächen aufweist und einen dem Wirbelradius entsprechenden, aenkrecht zur Durchflußrichtung ausgerichteten, anströmseitig offenen Ringkanal trägt.

14. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkörper eine Kugel ist und der Ringkanal einen dem Kugeldurchmesser entsprechenden quadratischen Querachnitt hat.

15. Strömungsmesser nach Anspruch 3 bis 14zur Fahrtgeschwindigkeitsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmesser mit koaxialen Ein- und Auslassen (48,49) in Fahrtrichtung ausgerichtet und dem des Fahrzeug umgebenden Medium ausgesetzt ist (Fig. 3).

16. Strömungsmesser fur. Flüssigkeiten und Gase, dessen einen frei beweglichen Umlaufkdrper enthaltender Ringkanal unmittelbar sn einen tangential gerichteten Einlaß und an einen Auslaß angeschlossen ist nach Patent 16 48 037 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanaleinlaß (65) als radial nach außen versetzter Ventilsitz (69) ausgebildet ist, welcher bei Strömungsumkehr den als Ventilkbrper ausgebildeten Umlaufkörper (68) auffängt und durch den letzteren versperrt wird (Fig. 7 u.8).

17. Strömungsmesser für Flüssigkeiten und Gase, dessen einen frei beweglichen Umlaufkörper enthaltender Ringkanal unmittelbar an einen tangential gerichteten Einlaß und an einen Auslaß angeschlossen ist naoh Patent 1 64B 037, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß ebenfalls tangential in Verlängerung des tangentialen Einlasses vorgesehen ist und daß vorzugsweise Einlaß und Auslaß einen Winkel von 1800 einschließen.

18. Strömungsmesser nach Anspruch 1 bie t7, dadurch gekeanzelchnet, daß der Unlaufktirper eine größere Dichte hat das zu messende Strömungsmittel.

L e e r s e i t e